專(zhuān)利名稱：一種電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝及三維分層制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種利用高能束流，對(duì)材料依層燒結(jié)或熔化沉積，實(shí)現(xiàn)分層實(shí)體制造的技術(shù)與裝置。
背景技術(shù)：
零件的分層制造或稱快速成形是解決單件、小批量功能零件快速、低成本制造的有效方法。目前的主要工藝是利用高能激光束或電子束進(jìn)行逐點(diǎn)逐層的掃描，以熔化金屬微粒，堆積成形。具體方法是選區(qū)燒結(jié)和熔覆兩種。典型工藝是激光選區(qū)燒結(jié)(Journal of MaterialsProcessing Technology，2003，141(1))和激光工程化近成形(Proceedings of The 10thSolid Freeform Fabrication Symposium，University of Texas Austin，August 9-11，1999)。以及采用電子束的有電子束熔化(Rapid Prototyping Journal，2004 10(1))技術(shù)。
基于電子束的快速成形技術(shù)與基于激光的快速成形技術(shù)相比具有能量轉(zhuǎn)換率和吸收率高、運(yùn)行成本低、有利于金屬材料燒結(jié)的真空環(huán)境等特點(diǎn)，特別是電子束掃描無(wú)慣性，可以數(shù)千赫茲、每秒數(shù)十米的速度掃描。
在前述的快速成形技術(shù)中，與本申請(qǐng)最接近的是上述電子束熔化技術(shù)。它也是一種選區(qū)燒結(jié)的工藝。先在成形區(qū)域鋪上一層材料粉末，用電子束(對(duì)于其它工藝就是激光)將零件的橫截面一次性、逐點(diǎn)或分區(qū)地掃描到到成形區(qū)域上，電子束焦點(diǎn)掃描到的地方材料粉末燒結(jié)并沉積，整個(gè)零件截面掃描完后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚的高度，在成形區(qū)域鋪上新的材料粉末層，進(jìn)行下一層零件截面的掃描。如此反復(fù)直到整個(gè)零件燒結(jié)沉積完成。該方法的特點(diǎn)是在一個(gè)較短暫的時(shí)間內(nèi)(如1秒)電子束(或激光)只加熱整個(gè)成形區(qū)域中的一個(gè)局部，而且，材料粉末隨電子束(或激光)焦點(diǎn)的移動(dòng)而依次完成燒結(jié)并沉積在成形區(qū)域內(nèi)。由于受到能量密度和材料燒結(jié)特性的限制，上述分層制造工藝為了通過(guò)一次掃描完成材料的燒結(jié)沉積，電子束或激光的掃描速度受到限制，只能逐點(diǎn)或分區(qū)加熱，材料粉末也只能逐點(diǎn)或分區(qū)被燒結(jié)沉積。因此加熱的均勻性較差，而且效率較低。由于材料受熱不均勻，燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。當(dāng)加工完成后，零件內(nèi)存在較大的殘余應(yīng)力。這些應(yīng)力對(duì)零件的精度和力學(xué)性能都有不良影響。特別是燒結(jié)過(guò)程的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件翹曲、開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝的三維分層制造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜曲線/區(qū)域的投影式掃描，使掃描區(qū)域內(nèi)的粉末均勻受熱，同步升溫、同步燒結(jié)、同步降溫，減小因溫度和燒結(jié)不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種電子束選區(qū)同步燒結(jié)三維分層制造設(shè)備，包括真空室，設(shè)在真空室頂部的電子槍?zhuān)謩e與電子槍和真空室相連的真空系統(tǒng)以及為電子槍各部分供電的高壓電源和控制各組成部分的控制計(jì)算機(jī)；在所述的真空室內(nèi)設(shè)有鋪粉平臺(tái)，設(shè)置在鋪粉平臺(tái)上的粉末鋪壓裝置和鋪粉平臺(tái)中心的活塞式成型缸以及設(shè)在鋪粉平臺(tái)上方的粉末供給裝置；在所述的電子槍內(nèi)從下至上依次設(shè)有掃描磁透鏡、聚焦磁透鏡、陽(yáng)極和聚束極，其特征在于該設(shè)備還包括用于實(shí)現(xiàn)電子束投影式掃描的控制電路，所述掃描控制電路由以下部分構(gòu)成通過(guò)控制指令傳輸線路連接于控制計(jì)算機(jī)的控制器，通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線連接于控制器的存儲(chǔ)器，通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制器連接的電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制器連接的電子槍聚束極電壓調(diào)控電路，與控制計(jì)算機(jī)的一個(gè)電壓信號(hào)輸出端相連的工作頻率控制電路；所述工作頻率控制電路還通過(guò)其輸出信號(hào)線路與控制器、電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路、電子槍聚束極電壓調(diào)控電路相連；所述電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路均包括處于輸入端位置并與控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線相連的鎖存器，與鎖存器輸出端相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端相連的功率放大器；所述電子槍聚束極電壓調(diào)控電路包括處于輸入端位置并與控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線相連的鎖存器，與鎖存器輸出端相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端相連的電壓放大器，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端和聚束極初始設(shè)定電壓相連的電壓疊加元件；所述工作頻率控制電路包括一個(gè)電壓—頻率轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明所述的三維分層制造設(shè)備，其特征在于該設(shè)備還包括使粉末材料預(yù)熱的裝置，所述裝置包括設(shè)在真空室外的溫控表，布置在粉末供給裝置中并與溫控表相連的溫度傳感器以及布置在粉末供給裝置中并與溫控表相連的電阻加熱絲。
本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)電子束選區(qū)同步燒結(jié)的工藝方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)控制計(jì)算機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的主程序調(diào)用Z軸控制子程序，控制活塞式成形缸的活塞相對(duì)鋪粉平臺(tái)下降一個(gè)高度，該高度等于預(yù)先設(shè)定的鋪粉厚度；2)主程序調(diào)用供鋪粉控制子程序，控制粉末供給裝置輸送出經(jīng)過(guò)預(yù)熱并且總量預(yù)先設(shè)定的粉末，然后控制粉末鋪壓裝置將粉末送至所述活塞式成型缸上部空間內(nèi)并鋪平、壓實(shí)，隨后將多余粉末推入余料回收箱；3)主程序調(diào)用掃描路徑生成子程序，讀取零件CAD模型一個(gè)截面的輪廓線信息，生成一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，控制電子束在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域預(yù)熱，使材料粉末的溫度同步升高到預(yù)先設(shè)定的值；4)主程序再調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域內(nèi)的粉末進(jìn)行微燒結(jié)，將其固定住，防止其在隨后的掃描步驟中脫離位置；5)主程序再調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域的粉末進(jìn)行燒結(jié)或熔化，使成形區(qū)域內(nèi)粉末固結(jié)為一個(gè)層片，并與前一個(gè)相鄰層片之間也發(fā)生固結(jié)；6)主程序調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域內(nèi)材料層的降溫過(guò)程進(jìn)行控制，使其以期望的速度降溫；7)主程序?qū)α慵﨏AD模型的下一個(gè)截面重復(fù)以上1)～6)個(gè)步驟，直至所有需要加工的層面加工完畢，即得到三維零件的形狀。
上述步驟1～6，完成一層成形選區(qū)的加熱、燒結(jié)或重熔并沉積的過(guò)程稱為一個(gè)層片加工循環(huán)。上述步驟中的1～2構(gòu)成一個(gè)粉末操縱循環(huán)，3～6即構(gòu)成一個(gè)電子束投影式掃描循環(huán)。
在本發(fā)明所述的方法中，電子束投影式掃描循環(huán)中每一次投影的形狀等于當(dāng)前的零件截面圖形。所述的每一幀投影由一組掃描路徑組成，該組路徑是一組平行線或一組偏置曲線，或者二者的混合，每條路徑由離散點(diǎn)構(gòu)成；掃描路徑在寬度方向或離散點(diǎn)在直徑方向上部分重疊，重疊的部分為所述寬度或直徑的0％～100％。
采用上述設(shè)備和工藝方法后，電子束每一次掃描選定成形區(qū)域(即選區(qū))的時(shí)間極短，由于掃描速度極快，以至掃描起始點(diǎn)的溫度還沒(méi)有發(fā)生較大變化時(shí)，整個(gè)成形區(qū)域就已經(jīng)掃描完成，因此稱為投影式掃描方式。經(jīng)過(guò)一幀或多幀掃描，成形區(qū)域內(nèi)材料階梯式同步升溫，共同達(dá)到燒結(jié)或重熔所需的溫度，一起沉積到成形區(qū)域上，然后同步地降溫。由于整體成形區(qū)域內(nèi)的材料同步升溫、燒結(jié)、沉積和降溫，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力可大大減小，提高零件成形的精度和質(zhì)量。同時(shí)粉末預(yù)熱裝置提高投影式掃描的起始溫度，有利于減小溫度梯度，加快投影式掃描的速度。


圖1表示本發(fā)明中三維分層制造裝置的系統(tǒng)構(gòu)成。
圖2表示粉末鋪壓裝置和活塞式成型缸。
圖3表示粉末預(yù)熱裝置的布置方式。
圖4表示幾種進(jìn)行投影式掃描時(shí)可以采用的投影方式。
圖5是本發(fā)明中電子束投影式掃描控制電路的構(gòu)成框圖。
圖6表示電子束投影式掃描控制電路的控制程序流程圖。
圖7表示生成投影式掃描循環(huán)所需指令的程序流程圖。
圖8表示設(shè)備工藝控制主程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提供的三維分層制造設(shè)備主要包括以下幾部分一個(gè)鋪粉平臺(tái)14，用于在鋪粉過(guò)程中約束粉末；活塞式成型缸20，設(shè)在鋪粉平臺(tái)中心，缸中有可升降的活塞，活塞相對(duì)鋪粉平臺(tái)下降預(yù)先設(shè)定的高度后，所述成型缸上部即形成具有設(shè)定高度的狹窄空間；空間的高度等于欲構(gòu)建的層的厚度；粉末鋪壓裝置12，設(shè)在鋪粉平臺(tái)之上，能水平掃過(guò)鋪粉平臺(tái)將攜帶的粉末填充在成型缸上部空間內(nèi)并將其鋪平、壓實(shí)，并將多余的粉末送入余料回收裝置；粉末供給裝置11，設(shè)在鋪粉平臺(tái)上方，用于存放和供給粉末；粉末回收裝置，懸掛在鋪粉平臺(tái)兩端，用于回收每次鋪粉剩余粉末；真空室16，將上述裝置包圍進(jìn)來(lái)，提供真空加工環(huán)境；電子槍4，設(shè)在真空室頂部，用于發(fā)射電子束對(duì)相繼鋪設(shè)在成型缸內(nèi)的粉末層進(jìn)行燒結(jié)或熔化；電子束投影式掃描控制電路，控制電子束的掃描路徑和束流強(qiáng)度；真空系統(tǒng)5和6，使電子槍和真空室工作在適宜的真空度下；控制計(jì)算機(jī)10，存儲(chǔ)有欲構(gòu)建三維零件的三維CAD模型；為電子槍各部分供電的高壓電源19和用于實(shí)現(xiàn)電子束投影式掃描的控制電路7。
電子束投影式掃描控制電路7是一個(gè)響應(yīng)控制計(jì)算機(jī)的指令序列，控制電子束在粉末表面進(jìn)行燒結(jié)的位置，同時(shí)控制電子束的束流強(qiáng)度，從而使電子束實(shí)現(xiàn)投影式掃描的裝置，主要包括以下部分控制器23，接受計(jì)算機(jī)指令，對(duì)整個(gè)電路各部分進(jìn)行控制；電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路24、25，將控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為掃描磁透鏡的驅(qū)動(dòng)電流，控制電子束在粉末表面入射點(diǎn)的位置；電子槍聚束極電壓調(diào)控電路26，將控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓信號(hào)并疊加在聚束極初始設(shè)定電壓上，控制電子束的束流強(qiáng)度；工作頻率控制電路27，在控制計(jì)算機(jī)的控制下，發(fā)出連續(xù)的脈沖信號(hào)，控制電子束投影式掃描電路的其他部分在指定的工作頻率下工作，這個(gè)工作頻率由控制計(jì)算機(jī)根據(jù)要求隨時(shí)設(shè)定和改變；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)空間與電子束在粉末表面的最大掃描區(qū)域構(gòu)成映射關(guān)系，即在該掃描區(qū)域內(nèi)選擇一些節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的二維坐標(biāo)唯一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器中一個(gè)地址空間，這個(gè)存儲(chǔ)空間中存放兩個(gè)值，X值和Y值，這兩個(gè)值經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路24、25變換輸出后剛好使電子束在粉末表面的入射點(diǎn)等于該節(jié)點(diǎn)。
控制計(jì)算機(jī)向電子束投影式掃描控制電路發(fā)送的指令序列中的每個(gè)指令包含兩個(gè)部分指定電子束入射點(diǎn)二維坐標(biāo)的部分，和指定電子束在該位置時(shí)束流強(qiáng)度的部分。所述控制電路按照指令控制電子束以要求的束流強(qiáng)度入射到粉末表面處于相應(yīng)坐標(biāo)的點(diǎn)。
控制計(jì)算機(jī)中運(yùn)行掃描路徑生成子程序，這個(gè)程序首先讀入一個(gè)二維區(qū)域的輪廓線信息，并在輪廓線內(nèi)用掃描路徑填充，相鄰掃描路徑的間距小于預(yù)先設(shè)定的電子束斑的直徑，且輪廓線和與之相鄰的掃描路徑的間距小于電子束斑半徑；之后程序?qū)⒚織l掃描路徑離散為一組等距的點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)的距離小于預(yù)設(shè)的電子束斑的直徑，之后程序?qū)⑦@些點(diǎn)依照在掃描路徑上的排列順序存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中。
控制計(jì)算機(jī)中運(yùn)行指令生成子程序，這個(gè)程序依序讀取由上述步驟生成并存儲(chǔ)的二維點(diǎn)坐標(biāo)，在每個(gè)坐標(biāo)后附加一個(gè)束流強(qiáng)度控制信號(hào)，生成指令向電子束投影式掃描控制電路發(fā)送，所述控制電路相繼執(zhí)行這些指令的結(jié)果是電子束在粉末表面相應(yīng)的二維區(qū)域內(nèi)依次掃過(guò)這些點(diǎn)。并依據(jù)指令對(duì)每點(diǎn)的電子束束流強(qiáng)度進(jìn)行控制。由于每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)間距均小于電子束斑的直徑，使得這個(gè)二維區(qū)域內(nèi)的粉末全部被電子束加熱、燒結(jié)或熔化。
上述過(guò)程中二維區(qū)域的輪廓線對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中三維零件的一個(gè)截面的輪廓線。上述過(guò)程為一次投影式掃描中一幀投影的過(guò)程。
電子束斑掃過(guò)粉末表面一條曲線的速度實(shí)際上由電子束投影式掃描控制電路的工作頻率決定，采用1MHz的工作頻率即可在一秒鐘內(nèi)完成一百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的掃描，因此電子束投影式掃描控制電路可以控制電子束在極短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)一個(gè)二維區(qū)域內(nèi)粉末的加熱、燒結(jié)或熔化，如0.1秒。
電子束在投影式掃描的方式下將能量分批(每一幀投影輸入一批能量)輸入粉末材料層，每批能量輸入都通過(guò)電子束的高速掃描迅速完成，使粉末層溫度均勻；分批能量輸入使得溫度階梯式升高，這種策略有利于使粉末得到變化較為緩和的溫度場(chǎng)和均勻的燒結(jié)效果，最終使得構(gòu)建的三維零件內(nèi)應(yīng)力水平減小。
本設(shè)備中的以下部分構(gòu)成粉末操縱裝置鋪粉平臺(tái)；活塞式成型缸；粉末供給裝置；粉末鋪壓裝置；余料回收裝置。粉術(shù)操縱裝置各部分均受控于控制計(jì)算機(jī)，按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)粉末操縱循環(huán)。
粉末預(yù)熱裝置包括溫度傳感器，用于檢測(cè)粉末材料的溫度；加熱元件，用于對(duì)粉末材料加熱；溫度控制元件，用于對(duì)粉末的溫度進(jìn)行閉環(huán)控制。該裝置的作用在于使粉末在電子束掃描前已經(jīng)具有較高的溫度，這有助于更快的燒結(jié)或熔化粉末材料，同時(shí)可以在構(gòu)建的三維零件中得到更小的溫度梯度分布；使選區(qū)同步燒結(jié)工藝取得更為理想的效果。
在本發(fā)明所述的電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝中，控制計(jì)算機(jī)按照預(yù)定的程序分別控制粉末操縱裝置和電子束投影式掃描控制電路，在活塞式成型缸上成形區(qū)域內(nèi)鋪展一層粉末顆粒，并用電子束投影式掃描使之發(fā)生燒結(jié)或熔結(jié)，從而得到一個(gè)固結(jié)的層片；在該層片上鋪設(shè)另一層粉末并用電子束進(jìn)行新一輪投影式掃描，粉末層的厚度必須小于一個(gè)關(guān)鍵的厚度，以至于可以使電子束的部分能量到達(dá)下面相鄰的層片并使所述層片上表面熔化，則新構(gòu)建的層片將與前續(xù)層片在凝固后形成冶金結(jié)合。當(dāng)相繼燒結(jié)或熔化的層的形狀對(duì)應(yīng)于一個(gè)零件在相應(yīng)高度上截面的形狀時(shí)，則該方法得到的制件具有所述三維零件的形狀。
上述步驟中電子束投影式掃描循環(huán)中，通過(guò)對(duì)填充曲線間距、電子束束流強(qiáng)度以及電子束掃描速度的控制實(shí)現(xiàn)不同的掃描效果(預(yù)熱、微燒結(jié)、燒結(jié)、降溫控制)。
電子束掃描的區(qū)域也成為成形區(qū)域。由于掃描速度極快，以至掃描起始點(diǎn)的溫度還沒(méi)有發(fā)生較大變化時(shí)，整個(gè)成形區(qū)域就已經(jīng)掃描完成，因此稱為投影式掃描方式。而每一次完整的投影，即掃描整個(gè)零件截面的成形區(qū)域，稱為一幀。
所述電子束投影式掃描中，每一幀投影由一組掃描路徑組成，電子束依次快速掃過(guò)該組掃描路徑后，即完成了這一幀的投影。
所述電子束投影式掃描中，每一幀投影所包含的掃描路徑滿足以下要求電子束按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)完成所述投影后，投影區(qū)域內(nèi)的材料均受到加熱、燒結(jié)或熔化，且沒(méi)有遺漏區(qū)域。
所述電子束投影式掃描的每一幀圖形所覆蓋區(qū)域的形狀均等于零件當(dāng)前的截面圖形，而該圖形內(nèi)各處電子束的能量密度視成形工藝需要有所變化或保持一致。這種變化或保持一致在由主程序在生成指令的過(guò)程中根據(jù)預(yù)先設(shè)定的要求進(jìn)行控制。
掃描路徑的寬度即等于電子束斑在粉末表面上掃過(guò)直線或曲線后被加熱或被熔化區(qū)域的寬度，或電子束斑照射粉末表面某點(diǎn)一段時(shí)間后被加熱或熔化的區(qū)域的直徑；相鄰掃描路徑在寬度方向或離散點(diǎn)在直徑方向上無(wú)或可以部分重疊，重疊的部分為所述寬度或直徑的0％～100％。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1所示為能實(shí)現(xiàn)電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝的三維分層制造設(shè)備。電子槍4位于真空成型室16上方，二者可由隔離閥9完全隔開(kāi)或連通。電子槍室氣壓由真空系統(tǒng)5維持在接近10-4Pa，真空成型室16氣壓由真空系統(tǒng)6維持在10-3Pa量級(jí)。電源19在控制計(jì)算機(jī)10的控制下為電子槍4內(nèi)的燈絲1、聚束極2、陽(yáng)極3、以及聚焦磁透鏡17提供電源。并且控制計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)電源19調(diào)整電子束的強(qiáng)度、聚焦、以及開(kāi)關(guān)等。掃描磁透鏡18在控制計(jì)算機(jī)10的控制下，產(chǎn)生兩個(gè)正交且變化的磁場(chǎng)控制電子束的掃描進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束斑在粉末表面15上掃描區(qū)域形狀、位置和掃描速度的控制?？刂朴?jì)算機(jī)10首先控制電子束投影式掃描控制電路7，所述電路的輸出能量分別激發(fā)掃描磁透鏡中兩個(gè)方向的磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束在兩個(gè)方向上偏轉(zhuǎn)和掃描的控制。真空成型室內(nèi)設(shè)有鋪粉平臺(tái)14，鋪粉平臺(tái)14中心布置有活塞式成型缸20，在成型缸內(nèi)的活塞22(在圖2中示出)上方構(gòu)建三維制件。粉末鋪壓裝置12能夠在鋪粉平臺(tái)14上水平移動(dòng)并向活塞式成型缸內(nèi)填充粉末以及鋪平、壓實(shí)。為了使電子束投影平面的高度不變，所述活塞能夠垂直運(yùn)動(dòng)，其向下運(yùn)動(dòng)一定距離即可在成型缸內(nèi)為粉末鋪壓裝置提供相應(yīng)高度的鋪粉空間，粉末鋪壓裝置每次鋪粉后粉末表面的高度均相等。
在本實(shí)施例中，設(shè)備還包括一套粉末預(yù)熱裝置。粉末預(yù)熱裝置包括溫控表52、溫度傳感器51、電阻加熱絲50及它們之間的連線組成。電阻加熱絲50和溫度傳感器51均設(shè)在粉末供給裝置11內(nèi)，二者均用陶瓷外套與粉末材料絕緣。溫控表52設(shè)在真空室16外，從溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度，并控制電阻加熱絲50的工作狀態(tài)。
在本實(shí)施例中，溫控表52對(duì)粉末材料的溫度進(jìn)行恒溫控制，即將粉末溫度控制在預(yù)先設(shè)定的上限溫度和下限溫度之間，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度低于下限溫度時(shí)，則溫控表使電阻加熱絲的供電電源導(dǎo)通，電阻加熱絲溫度升高并對(duì)周?chē)姆勰┎牧霞訜幔划?dāng)粉末溫度高于上限溫度時(shí)，則溫控表斷開(kāi)電阻加熱絲的供電電路，使粉末材料自然冷卻。
在本實(shí)施例中，粉術(shù)預(yù)熱裝置僅對(duì)粉末供給裝置粉末出口處的粉術(shù)進(jìn)行溫度控制，以減小所需功率和溫度傳感器、電阻加熱絲的數(shù)量。
在一個(gè)推薦的實(shí)施例中，粉末鋪壓裝置12由次級(jí)料斗40和壓粉輥41本別實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末材料的鋪平和壓實(shí)功能。如圖2所示，次級(jí)料斗40底端開(kāi)有直槽，粉末可以漏過(guò)。壓粉輥41在平動(dòng)的同時(shí)，還在步進(jìn)電機(jī)(未畫(huà)出)驅(qū)動(dòng)下以一定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，將松散的粉末壓實(shí)。次級(jí)料斗40和壓粉輥41與工作平面14之間有一微小距離。壓粉輥41與工作平面之間的距離小于次級(jí)料斗40與工作平面14之間的距離，以滿足鋪粉后進(jìn)一步壓實(shí)粉末的要求。
控制計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有三維零件按照從低到高依序排列的截面輪廓信息、截面厚度信息和填充曲線信息?？刂朴?jì)算機(jī)中運(yùn)行的主程序調(diào)用一系列子程序控制設(shè)備的各個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)選區(qū)同步燒結(jié)工藝，程序的執(zhí)行過(guò)程將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
圖4為電子束投影式掃描的幾種路徑實(shí)施例。圖4a中陰影區(qū)域?yàn)樾枰獰Y(jié)或熔化的區(qū)域，對(duì)應(yīng)于零件在當(dāng)前高度上的截面圖形。圖4中列舉了幾種投影式掃描中電子束的掃描路徑。其中，以一組平行線作為掃描路徑的有圖4中的b、c、d、g、h圖。圖4b中路徑為垂直平行線，圖4c中路徑為傾斜平行線，圖4d中路徑為水平平行線，圖4g中路徑的間距增大，同時(shí)增大電子束焦點(diǎn)束斑，以降低電子束掃描的強(qiáng)度；圖4h中路徑間距進(jìn)一步增大，并進(jìn)一步降低束流強(qiáng)度，將即通過(guò)改變掃描路徑的間距及能量輸入密度來(lái)調(diào)整電子束的照射強(qiáng)度。這種掃描方式路徑生成簡(jiǎn)單，但如果用來(lái)燒結(jié)、熔化粉末則得到的制件力學(xué)性能會(huì)有方向性。
圖4e為以一組零件截面輪廓的偏置曲線來(lái)掃描整體成形區(qū)域。這種掃描方式可提高零件的表面精度和光潔度，且制件力學(xué)性能沒(méi)有方向性，但路徑生成方式復(fù)雜，總路徑較長(zhǎng)，因而會(huì)降低一次投影的速度。圖4f表示采用平行線和輪廓偏移曲線混合的掃描方式，即在靠近輪廓的部分采用輪廓偏移曲線掃描1～10圈，在其余部分采用平行線掃描路徑，兩種方式綜合使用可提高零件表面精度和光潔度，又可提高投影的速度。
每一層片加工循環(huán)中，可依照上述一種或多種掃描方式組合進(jìn)行投影式掃描。在一個(gè)實(shí)施例中，第1～3幀投影式掃描用于預(yù)熱成形區(qū)域，使粉末材料溫度逐漸升高并保持溫度的均勻性。第4幀投影式掃描用于微燒結(jié)成形區(qū)域，使表面的材料粉末發(fā)生微熔或微燒結(jié)，以便在后續(xù)燒結(jié)或重熔過(guò)程中保持在原位。第5幀投影式掃描則將成形區(qū)域內(nèi)一定厚度的金屬粉末充分燒結(jié)或熔化，并沉積。第6、7幀投影式掃描用于控制剛燒結(jié)的材料層的降溫速度，使其以期望的速度均勻降低。
在其他實(shí)施例中，可根據(jù)實(shí)際情況改變各種用途的投影式掃描的幀數(shù)。
圖5為電子束投影式掃描控制電路的一個(gè)具體實(shí)施方式
。圖中10為控制計(jì)算機(jī)，除10以外的部分構(gòu)成電子束投影式掃描控制電路。電路包含控制器23，通過(guò)指令傳輸線路與控制計(jì)算機(jī)10連接，接受控制計(jì)算機(jī)指令，分析指令，并控制整個(gè)電路的運(yùn)作；電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路24、25，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與控制器23連接，分別控制電子束X、Y兩個(gè)方向的偏轉(zhuǎn)；電子槍聚束極電壓調(diào)控電路26，通過(guò)另一組數(shù)據(jù)傳輸線路與控制計(jì)算機(jī)10連接，可對(duì)預(yù)先設(shè)定的聚束極電壓進(jìn)行調(diào)整，在工藝中按照要求改變電子束的束流強(qiáng)度；工作頻率控制電路27，包含一個(gè)電壓—頻率轉(zhuǎn)換元件，與控制計(jì)算機(jī)10的一個(gè)電壓信號(hào)輸出端相連，將控制計(jì)算機(jī)送來(lái)的一個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成某一個(gè)頻率的方波脈沖，輸出至控制器23、電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路24、25、電子槍聚束極電壓調(diào)控電路26作為電路的工作時(shí)序脈沖；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)空間與電子束在粉末表面的最大掃描區(qū)域構(gòu)成映射關(guān)系，即在該掃描區(qū)域內(nèi)選擇一些節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的二維坐標(biāo)唯一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器中一個(gè)地址空間，這個(gè)存儲(chǔ)空間中存放兩個(gè)值，X值和Y值，這兩個(gè)值經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路24、25的轉(zhuǎn)換后用于控制電子束X，Y方向的偏轉(zhuǎn)，每個(gè)存儲(chǔ)地址上的兩個(gè)值經(jīng)過(guò)這樣的設(shè)置，以至于這兩個(gè)值經(jīng)24、25電路變換后輸出使電子束偏轉(zhuǎn)后在粉末表面的入射位置正好等于其存儲(chǔ)地址所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，控制計(jì)算機(jī)10向工作頻率控制電路輸出0～5伏的電壓信號(hào)，工作頻率控制電路輸出0～1000Hz的方波脈沖，作為整個(gè)電路的工作時(shí)序脈沖。
圖6是電子束投影式掃描控制電路的工作流程，控制器23中運(yùn)行一個(gè)程序，按照這個(gè)程序的控制，在步驟43中，這個(gè)程序根據(jù)工作頻率信號(hào)對(duì)電路所處的工作狀態(tài)作出判斷，是否應(yīng)當(dāng)接收控制計(jì)算機(jī)10的指令；若判斷結(jié)果為是，則進(jìn)入下一步驟。步驟44中，程序首先提取指令中的二維坐標(biāo)部分，經(jīng)映射關(guān)系變換后在存儲(chǔ)空間內(nèi)尋找地址，這時(shí)有兩種情況發(fā)生，步驟44a對(duì)這兩種情況進(jìn)行判斷一種是二維坐標(biāo)經(jīng)變換后正好得到一個(gè)地址值，這說(shuō)明這個(gè)二維坐標(biāo)正好對(duì)應(yīng)與一個(gè)節(jié)點(diǎn)；對(duì)這種情況，程序執(zhí)行步驟45，即直接提取該X值和Y值；另外一種情況是變換后得不到一個(gè)地址值，這說(shuō)明這個(gè)二維坐標(biāo)落入四個(gè)節(jié)點(diǎn)中間的區(qū)域；對(duì)這種情況，程序進(jìn)入步驟46，提取四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的X值和Y值，進(jìn)行插值運(yùn)算，運(yùn)算后的結(jié)果作為需要的X值和Y值；步驟45、46后程序均進(jìn)入步驟47，即提取指令中電子束束流強(qiáng)度控制值，按照要求變換后得到輸出值；步驟48中，程序反復(fù)查詢工作脈沖狀態(tài)，判斷時(shí)機(jī)是否合適，合適的時(shí)候則執(zhí)行步驟48a，在步驟48a中，程序?qū)⑦@三個(gè)值分別向24、25、26三個(gè)電路的端口送出，這三個(gè)值在工作頻率信號(hào)的控制下在合適的時(shí)間同時(shí)輸出，控制電子束的運(yùn)行；步驟49中，程序根據(jù)控制計(jì)算機(jī)10的指令信號(hào)狀態(tài)，判斷是否已經(jīng)完成所有信號(hào)的輸出，若是，則程序結(jié)束，若否，則轉(zhuǎn)回執(zhí)行步驟43。
其中工作脈沖發(fā)生電路的控制由控制計(jì)算機(jī)10來(lái)實(shí)現(xiàn)，在工藝過(guò)程中控制投影式掃描電路的工作頻率，從而改變電子束投影的速度。
在本實(shí)施例中，電子束投影式掃描控制電路還可以包括另一個(gè)子電路，控制電子束聚焦磁透鏡聚焦電流，在工藝過(guò)程中按照需要調(diào)整電子束的聚焦程度。
在本實(shí)施例中，每一個(gè)投影式掃描循環(huán)所需指令的生成過(guò)程如圖7所示，在步驟28之前，必須在控制計(jì)算機(jī)10中已存在待制造零件的三維CAD模型，可以通過(guò)構(gòu)建或輸入的方式；在步驟28中，從模型的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)開(kāi)始，每降低(從最高點(diǎn))或升高(從最低點(diǎn))預(yù)先設(shè)定的高度就采集該模型相應(yīng)高度橫截面的輪廓信息，并將所有橫截面輪廓信息及高度信息依序存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中。
步驟29中，控制計(jì)算機(jī)讀取待制造橫截面的輪廓信息，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的投影次數(shù)，在該輪廓內(nèi)用掃描路徑進(jìn)行相應(yīng)次數(shù)的填充，并將掃描路徑進(jìn)行離散化，每次填充的掃描路徑均根據(jù)該次投影的不同用途和要求(預(yù)熱、微燒結(jié)、燒結(jié)、降溫)按照不同的樣式生成，然后將所有這些投影信息依序存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)10中。圖2可以示例的說(shuō)明一個(gè)完整的投影式掃描循環(huán)所包含的所有投影的信息，圖中所示的示例中包含7次投影。
步驟30中，控制計(jì)算機(jī)讀取待生成代碼的投影，根據(jù)其用途和要求以及欲燒結(jié)材料的特性，確定電子束掃描的參數(shù)，并針對(duì)每一條掃描路徑信息，生成一段控制代碼，控制計(jì)算機(jī)10可以通過(guò)執(zhí)行這些代碼控制投影式掃描控制電路和電子槍而使電子束實(shí)現(xiàn)這一掃描；最終生成該投影所含所有掃描路徑的代碼。
步驟31中，判斷是否已經(jīng)生成本投影式掃描循環(huán)所包含的所有投影代碼，若否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟30，直至本投影式掃描循環(huán)所有投影的代碼均以生成。
步驟32中，判斷是否需要進(jìn)行下一個(gè)橫截面的代碼生成，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟29；若否，則本過(guò)程結(jié)束。步驟42代表本過(guò)程結(jié)束。
在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備實(shí)現(xiàn)如圖8所示的工藝過(guò)程。步驟33中，控制計(jì)算機(jī)主程序開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)設(shè)備初始化，使各部分處在適宜的初始狀態(tài)和位置。步驟34中，設(shè)備按照設(shè)定的層厚完成一個(gè)鋪粉循環(huán)，這一循環(huán)通過(guò)控制計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的Z軸控制子程序和供鋪粉子程序向粉末操縱裝置發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)。
步驟35中，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)欲加工的零件截面，讀取對(duì)應(yīng)的指令，該組代碼已由圖5所示步驟生成并存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中。
步驟36中，控制計(jì)算機(jī)的主程序讀取電子束投影式掃描控制電路控制指令中的一組(對(duì)應(yīng)一個(gè)投影)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，生成投影式掃描控制電路和電子槍的控制指令，并執(zhí)行該組指令，使電子束依次掃過(guò)該投影的每條掃描路徑，其效果是電子束對(duì)掃描區(qū)域的粉末均勻快速的輸入了能量，根據(jù)指令對(duì)參數(shù)設(shè)定的不同，有可能使粉末溫度升高或燒結(jié)或熔化。
步驟37中，主程序判斷是否完成了屬于該截面的所有投影，若是，則進(jìn)入下一步驟；若否，則返回步驟36并指向下一組控制代碼。
步驟38中，主程序判斷是否完成了欲加工零件的所有截面，若是，則進(jìn)入步驟39，結(jié)束該過(guò)程；若否，則返回步驟34執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種電子束選區(qū)同步燒結(jié)三維分層制造設(shè)備，包括真空室(16)，設(shè)在真空室頂部的電子槍(4)，分別與電子槍和真空室相連的真空系統(tǒng)(5、6)以及為電子槍各部分供電的高壓電源(19)和控制各組成部分的控制計(jì)算機(jī)(10)；在所述的真空室內(nèi)設(shè)有鋪粉平臺(tái)(14)，設(shè)置在鋪粉平臺(tái)上的粉末鋪壓裝置(12)和鋪粉平臺(tái)中心的活塞式成型缸(20)以及設(shè)在鋪粉平臺(tái)上方的粉末供給裝置(11)；在所述的電子槍內(nèi)從下至上依次設(shè)有掃描磁透鏡(18)、聚焦磁透鏡(17)、陽(yáng)極(3)和聚束極(2)，其特征在于該設(shè)備還包括用于實(shí)現(xiàn)電子束投影式掃描的控制電路，所述掃描控制電路由以下部分構(gòu)成通過(guò)控制指令傳輸線路連接于控制計(jì)算機(jī)(10)的控制器(23)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線連接于控制器(23)的存儲(chǔ)器，通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制器(23)連接的電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路(24、25)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制器(23)連接的電子槍聚束極電壓調(diào)控電路(26)，與控制計(jì)算機(jī)(10)的一個(gè)電壓信號(hào)輸出端相連的工作頻率控制電路(27)；所述工作頻率控制電路還通過(guò)其輸出信號(hào)線路與控制器(23)、電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路(24、25)、電子槍聚束極電壓調(diào)控電路相連；所述電子槍掃描磁透鏡驅(qū)動(dòng)電路(24、25)均包括處于輸入端位置并與控制器(23)通過(guò)數(shù)據(jù)總線相連的鎖存器，與鎖存器輸出端相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端相連的功率放大器；所述電子槍聚束極電壓調(diào)控電路(26)包括處于輸入端位置并與控制器(23)通過(guò)數(shù)據(jù)總線相連的鎖存器，與鎖存器輸出端相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端相連的電壓放大器，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端和聚束極初始設(shè)定電壓相連的電壓疊加元件；所述工作頻率控制電路(27)包括一個(gè)電壓-頻率轉(zhuǎn)換元件。
2.按照權(quán)利要求1所述的三維分層制造設(shè)備，其特征在于該設(shè)備還包括使粉末材料預(yù)熱的裝置，所述裝置包括設(shè)在真空室外的溫控表(53)，布置在粉末供給裝置中并與溫控表相連的溫度傳感器(51)以及布置在粉末供給裝置中并與溫控表相連的電阻加熱絲(50)。
3.一種利用如權(quán)利要求1所述設(shè)備實(shí)現(xiàn)電子束選區(qū)同步燒結(jié)的工藝方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)控制計(jì)算機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的主程序調(diào)用Z軸控制子程序，控制活塞式成形缸的活塞相對(duì)鋪粉平臺(tái)下降一個(gè)高度，該高度等于預(yù)先設(shè)定的鋪粉厚度；2)主程序調(diào)用供鋪粉控制子程序，控制粉末供給裝置輸送出經(jīng)過(guò)預(yù)熱并且總量預(yù)先設(shè)定的粉末，然后控制粉末鋪壓裝置將粉末送至所述活塞式成型缸上部空間內(nèi)并鋪平、壓實(shí)，隨后將多余粉末推入余料回收箱；3)主程序調(diào)用掃描路徑生成子程序，讀取零件CAD模型一個(gè)截面的輪廓線信息，生成一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，控制電子束在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域預(yù)熱，使材料粉末的溫度同步升高到預(yù)先設(shè)定的值；4)主程序再調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域內(nèi)的粉末進(jìn)行微燒結(jié)，將其固定住，防止其在隨后的掃描步驟中脫離位置；5)主程序再調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域的粉末進(jìn)行燒結(jié)或熔化，使成形區(qū)域內(nèi)粉末固結(jié)為一個(gè)層片，并與前一個(gè)相鄰層片之間也發(fā)生固結(jié)；6)主程序調(diào)用掃描路徑生成子程序，根據(jù)已經(jīng)讀取的輪廓線信息，生成另一組掃描路徑，并按照預(yù)先設(shè)定的方式離散化后得到一系列依序排列的二維點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，主程序再調(diào)用指令生成子程序，依次讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)并附加一個(gè)電子束束流強(qiáng)度控制值，生成指令向電子束投影式控制電路發(fā)送，所述控制電路在相應(yīng)于零件截面的粉末表面區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一幀或幾幀投影，對(duì)成形區(qū)域內(nèi)材料層的降溫過(guò)程進(jìn)行控制，使其以期望的速度降溫；7)主程序?qū)α慵﨏AD模型的下一個(gè)截面重復(fù)以上1)～6)個(gè)步驟，直至所有需要加工的層面加工完畢，即得到三維零件的形狀。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于電子束投影式掃描循環(huán)中每一次投影的形狀等于當(dāng)前的零件截面圖形。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于每一幀投影由一組掃描路徑組成，該組路徑是一組平行線或一組偏置曲線，或者二者的混合，每條路徑由離散點(diǎn)構(gòu)成；掃描路徑在寬度方向或離散點(diǎn)在直徑方向上部分重疊，重疊的部分為所述寬度或直徑的0％～100％。
全文摘要
一種電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝及三維分層制造設(shè)備，涉及一種利用高能束流，對(duì)材料依層燒結(jié)或熔化沉積，實(shí)現(xiàn)分層實(shí)體制造的技術(shù)與裝置。本發(fā)明的特點(diǎn)是電子束掃描控制裝置可以控制電子束在指定區(qū)域內(nèi)以圖形投影方式快速掃描，均勻加熱粉末。電子束每一次掃描選定成形區(qū)域的時(shí)間極短，以至掃描起始點(diǎn)的溫度還沒(méi)有發(fā)生較大變化時(shí)，整個(gè)成形區(qū)域就已經(jīng)掃描完成，經(jīng)過(guò)一幀或多幀掃描，成形區(qū)域內(nèi)材料階梯式同步升溫，共同達(dá)到燒結(jié)或重熔所需的溫度，一起沉積到成形區(qū)域上，然后同步地降溫。由于整體成形區(qū)域內(nèi)的材料同步升溫、燒結(jié)、沉積和降溫，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力可大大減小，提高零件成形的精度和質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22F3/105GK1648802SQ200410009948
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者林峰, 顏永年, 閆占功, 齊海波 申請(qǐng)人:清華大學(xué)